鉅大LARGE | 點擊量：651次 | 2022年07月04日
日本啟動全固態鋰電池研發二期項目
全固態鋰電池作為可兼顧高能量密度和安全性的蓄電池備受關注，在世界各國正積極推進交通工具電動化的大環境下，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）為了盡快實現全固態鋰電池的實用化，啟動了第二期研發項目。
在該項目中，汽車、蓄電池、材料領域的23家公司，15所大學及公立研究所將展開合作，確立能解決全固態鋰電池當前瓶頸的基礎技術，同時將采用原型單元，開發對新材料特性、量產工藝以及是否適合配備于純電動汽車（EV）等進行評估的技術。另外，還會以日本主導推進國際標準化為目標，開發有關安全性和耐久性的試驗評估方法。此外，在推進研發的同時，還將討論電動汽車大量普及的未來社會體系的方法設計。
圖1：全固態鋰電池的結構
1．概要
今后，預計很多國家都將強化汽車的二氧化碳排放規定和燃效規定，交通工具將朝著電動化的方向發展。因此，很多汽車廠商都宣布了到本世紀二十年代每年銷售數百萬輛純電動汽車和插電式混合動力車（PHEV）的計劃。在這種情況下，車載電池將成為決定EV和PHEV的便利性（續航距離、充電時間等）及價格的重要因素，因此，急需通過提高能量密度來提高電池的性能和降低成本。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前的EV和PHEV使用的鋰電池（LIB）采用有機電解液制造，其能量密度和安全性屬于此消彼長的關系，只要一方面出問題，就可能冒煙甚至起火。對此，如圖1所示，采用無機固體電解質的全固態鋰電池充分發揮固體電解質的阻燃性及熱穩定性和化學穩定性，即使提高能量密度也能確保安全性和耐久性。此外還能簡化電池組的冷卻系統和冒煙起火時的排氣系統等，提高體積能量密度。而且，全固體電池有望使EV充電時間降至10分鐘以內，實現超快速充電。不過，要想實現期待的這些性能，還存在很多瓶頸，而且單元的結構、材料構成和制造工藝等基本概念尚未確定，目前，面向實用化的研究開發的效率并不高。
圖2：EV電池的技術轉移設想
因此，在NEDO的"先進創新蓄電池材料評估技術開發一期（2013～2017年度）"項目中，開發了全固態鋰電池的標準電池模型（200mAh級單層層壓單元）以及采用該模型的材料評估技術，并對公司和大學等面向全固態鋰電池開發的固體電解質和電極活性物質等進行了評估，將評估結果反饋給樣品供應者。
此次啟動的二期項目將在一期項目取得的成果的基礎上，開發實現大型化和高容量化的標準電池模型（Ah級層壓單元）以及采用該模型的材料評估技術。一期項目的評估技術是為了掌握材料的基本特性，而二期項目的評估技術將進一步升級，將評估量產性以及是否適用于EV等。因此，此次有4家汽車及摩托車公司、5家蓄電池公司及2家材料公司新加盟了受理評估委托的"技術研究聯盟鋰電池材料評價研究中心"（LIBTEC）。另外，14所大學和研究所也作為新的委托對象加入二期項目，將和LIBTEC進行合作。
如圖2所示，在EV電池市場上，預計目前研究開發比較領先、采用硫化物固體電解質的第一代全固態鋰電池將在2025年左右成為主流，到2030年左右，采用具備高離子導電性的硫化物固體電解質或者化學穩定性較高的氧化物固體電解質的新一代全固態鋰電池將成為主流。第一代全固態鋰電池和新一代全固態鋰電池都將是二期項目的研發對象。
2．業務內容
【1】業務名稱
先進創新蓄電池材料評估技術開發（二期）
【2】業務總額（預定）
100億日元
【3】時間
2018～2022年度
【4】研發內容
（1）開發通用基礎技術
將開發能解決全固態鋰電池的大型化和量產化瓶頸的基礎技術，包括固體電解質的量產和低成本合成、向電極活性物質涂敷電解質、電解質層和電極層的成膜等。
另外，通過組合全固態鋰電池用新材料和元器件，評估單元的性能、耐久性和安全性，將制用途于掌握新材料和元器件的利弊、技術課題及是否適合單元量產工藝等的標準電池模型，并編訂規格說明書及性能評估程序手冊。
此外，還將開發通過計算機模擬，預測全固態鋰電池的單元及電池組的不穩定性、劣化和發熱情況的技術，以日本主導推進國際標準化為目標，開發有關耐久性和安全性的試驗評估方法等。
（2）討論社會體系設計
將調查并分析各國和全固態鋰電池及電動汽車有關的政策、市場和研發動向，制定以EV普及為前提的整個未來社會體系的方法設計，同時和"（1）開發通用基礎技術"聯動，推進相關研究開發。制定方法時，還將考慮充電基礎設施建設、資源限制、3R原則（Reduce、reuse、recycle，即減量化、再利用和再循環）等，討論低碳化社會的方法設計。
作為"下一代鋰電池技術"，固態電池以——其天生具有高離子電導率和機寬電化學窗口、械強度和工作溫度區間，成為人們夢寐以求能量密度高、安全性高、循環性強、充電時間短理想對象。
進入視線固態電池雖然看似靠譜，卻還存在許多難以攻克技術難題，距離大規模量產還要一段很長時間。
但依舊難以撲滅全球上百家各式機構瘋狂進軍固態電池熱情。這些機構中，既包括新進造車公司，傳統汽車巨頭、汽車零部件巨頭，上游原料商和電池生產公司，有學術背景的科研院校，甚至軍方資助的神秘機構，有著政府背景研究所，
全球數百上千位物理學、電學、化學、優秀專家學者，在成千萬上億美金資金支撐下，圍繞著固態電池戰略制高點，從商業量產到技術研發，展開一場爭奪戰。
以豐田為首，日本在固態電池領域有領先于世界布局，包括松下、本田在內公司都宣稱將下一代電池研發重點放在固態電池上。
需特別注意是：因為日本島國封閉性思維，他們不愿分享自己研究成果，而選擇最大化自己技術路線商業利益（例如燃料動力鋰電池專利開放只有幾年的時間，剛夠其他國家和公司開發產品，等量產時候他們就來收割別人成果）。
有這方面"歷史教訓"，我國一般都會選擇不跟著日本路線走，比如HEV、移動通信制式、的技術路線等，我國都明顯表現出避開日本技術路線意圖。
豐田：固態電池狂熱擁躉
今年七月，豐田計劃在2022年推出固態電池量產汽車。隨后一位豐田發言人表示，不會立即就此事發表評論。
5個月后十二月，豐田突然宣布：計劃在2020年推出10款電動汽車，并將下一代固態電池商業化。隨后消息在豐田負責材料工程高管ShigekiSuzuki得到證實：豐田2020年全面實現全固態電池商業化。
豐田又單方面將固態電池商業化提前了2年。
相當大膽行為，特別是發生在謹慎保守豐田身上，更加令人不可思議。
以豐田以往的性格，假如看好固態電池路線，基本上意味著豐田已攻克這條技術路線中大多數難題，有把握量產了。
至少在十幾、二十年前，豐田就已秘密組織一支上百人優秀人才團隊進行空氣電池、固態電池、的研發工作。這一支囊括了上野幸義、濱重規、中本博文、土田靖、長瀨浩、小谷幸成、神谷正人、蒂里·勒蓋爾、鄧肯·史密斯、布賴恩·海登、克里斯托弗·李在內的專家隊伍研發了十幾年時間，為豐田申請30項專利（至今豐田在固態電池方面專利數遙遙領先）。
外界對豐田這一領域具體進展不得而知。雖然豐田一直低調進行，但業界依然公認技術進度應該排前列。
按電解液形態劃分，固態電池分為準固態和全固態（介于液態和固態之間妥協路線）。根據電解液材質不同，全固態又有著硫化物、氧化物、和聚合物之分，而豐田走的是全固態中硫化物材質路線。
目前豐田不僅獲得固態電池、固體電解質材料的制造技術等方面專利，甚至還研發一整套硫化物固體電解質材料和正極材料回收的技術路線和工序。
豐田2010年，正式推出硫化物固態電池，到2014年，實驗室的固態電的能量密度已經達400Wh/kg。
信息來源：客觀日本，汽車技術風向周刊
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